JP2003238138A - Silicon purification method and silicon purification apparatus - Google Patents
Silicon purification method and silicon purification apparatusInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率よくシリコンを精製することができるシ
リコンの精製方法およびシリコンの精製装置を提供す
る。
【解決手段】 シリコンの精製装置1は、坩堝7と、坩
堝7中にシリコンと不純物とを含む原料体2と、不純物
を除去するスラグ剤3とを投入する投入手段5と、原料
体2とスラグ剤3とを加熱して融液6を形成する電磁誘
導加熱装置8と、融液6を攪拌する攪拌部材9と、ガス
供給手段としてのガス噴出口33とを備える。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon purification method and a silicon purification apparatus capable of efficiently purifying silicon. SOLUTION: The silicon refining apparatus 1 comprises a crucible 7, a raw material body 2 containing silicon and impurities in the crucible 7, a charging means 5 for charging a slag agent 3 for removing impurities, and a raw material body 2. An electromagnetic induction heating device 8 for heating the slag agent 3 to form the melt 6, a stirring member 9 for stirring the melt 6, and a gas outlet 33 as gas supply means are provided.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、一般的にはシリ
コンの精製方法および精製装置に関するものであり、よ
り特定的には、太陽電池用の高純度のシリコンを製造す
る方法および装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a method and an apparatus for purifying silicon, and more particularly to a method and an apparatus for producing high-purity silicon for solar cells. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、石油などの代替エネルギとして自
然エネルギの活用が注目され、中でも太陽電池による太
陽エネルギの活用は、環境にやさしいエネルギとしてそ
の活用と普及の拡大が期待される。このために、半導体
の光電変換原理を用いる太陽電池のコストダウン、とり
わけ、高いシリコン原料のコストダウンが大切となる。
太陽電池用の半導体材料としては、資源性、環境性、高
い変換効率などの観点から、シリコン材料が主流となっ
ている。シリコン材料として、集積回路用の高価な高純
度シリコンが流用されている。2. Description of the Related Art In recent years, the utilization of natural energy as an alternative energy for petroleum has attracted attention, and in particular, the utilization of solar energy by solar cells is expected to expand its utilization and spread as environmentally friendly energy. For this reason, it is important to reduce the cost of solar cells using the semiconductor photoelectric conversion principle, and particularly to reduce the cost of expensive silicon raw materials.
As a semiconductor material for a solar cell, a silicon material is predominant from the viewpoint of resource efficiency, environmental friendliness, high conversion efficiency, and the like. Expensive high-purity silicon for integrated circuits is used as the silicon material.
【0003】集積回路半導体用のシリコンは極めて高純
度を必要とするため、現在の製法では、珪石を還元して
得られる純度98%以上の金属シリコンをシラン(Si
H4)またはトリクロルシラン(SiHCl3)といった
ガスに変換する。それらのガスをベルジャー炉内で水素
還元することで11Nと称されるほどの超高純度の多結
晶シリコンを得ている。この方法では、製造工程におけ
る高エネルギ使用のため、コストが高くなる。太陽電池
用のシリコンは半導体用シリコンほどの超高純度は必要
がないとされ、従来から、安価な金属シリコンから大量
生産するための精製技術の開発が進められている。その
1つの方法は、金属シリコン中の不純物元素の中で、太
陽電池の性能(変換効率)に悪影響を及ぼす鉄、アルミ
ニウム、チタン、ボロンまたはリンなどの重金属不純物
を、シリコン凝固時の固液分配比、つまり偏析係数が小
さいことを利用して、一方向凝固により除去する方法が
ある。Since silicon for integrated circuit semiconductors requires extremely high purity, in the present manufacturing method, metal silicon having a purity of 98% or more obtained by reducing silica is used as silane (Si).
H 4 ) or trichlorosilane (SiHCl 3 ). By subjecting those gases to hydrogen reduction in a bell jar furnace, ultra-high-purity polycrystalline silicon called 11N is obtained. This method is costly due to the high energy used in the manufacturing process. It is said that silicon for solar cells is not required to have ultra-high purity as high as silicon for semiconductors, and conventionally, development of a refining technique for mass production from inexpensive metal silicon has been underway. One of the methods is solid-liquid distribution during solidification of heavy metal impurities such as iron, aluminum, titanium, boron, or phosphorus, which have an adverse effect on the performance (conversion efficiency) of solar cells, among the impurity elements in metallic silicon. There is a method of removing by unidirectional solidification by utilizing the fact that the ratio, that is, the segregation coefficient is small.
【0004】しかし、珪素中に含まれるボロンとリンの
偏析係数はそれぞれ0.8と0.35程度であり、非常
に大きいため、上述した一方向の凝固法に代表される凝
固偏析を利用した精製方法では太陽電池の製造に必要な
純度レベルにまで不純物を除去することができない。However, since the segregation coefficients of boron and phosphorus contained in silicon are about 0.8 and 0.35, respectively, which are very large, solidification segregation represented by the above-mentioned unidirectional solidification method was used. Purification methods cannot remove impurities to the level of purity required to manufacture solar cells.
【0005】このため、リンの除去に関しては、リンの
蒸気圧が高いという特性を利用して、たとえば、特許第
2905353号公報には、溶融シリコンを減圧下で保
持してリンを気相中に放出する方法が示されている。Therefore, regarding the removal of phosphorus, the characteristic that the vapor pressure of phosphorus is high is utilized. For example, in Japanese Patent No. 2905353, the molten silicon is held under reduced pressure to bring phosphorus into the gas phase. The method of release is shown.
【0006】ボロンの除去に関しては、特許第2851
257号公報に開示されているように、溶融シリコン中
にスラグを投入する方法がある。また、特開2001−
58811公報には、回転する翼車やローレンツ力を用
いてシリコンの溶湯を攪拌しつつ、水蒸気を含有させた
アルゴン等の処理ガスを吹込む方法が開示されている。
いずれの方法も、原理としては、酸化反応によりボロン
を酸化物の形態とすることにより溶融シリコンから除去
している。Regarding the removal of boron, Japanese Patent No. 2851
As disclosed in Japanese Patent No. 257,257, there is a method of introducing slag into molten silicon. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2001
Japanese Patent No. 58811 discloses a method of blowing a processing gas such as argon containing water vapor while stirring a molten silicon by using a rotating impeller or Lorentz force.
In either method, in principle, boron is removed from the molten silicon by forming boron in the oxide form by an oxidation reaction.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】冶金学的手法によるシ
リコンの精製方法には上述したようなものが挙げられる
が、いずれもコストの問題から商業的に成立していない
のが現状である。ボロンの除去を一例に取ると、特許第
2851257号公報に開示されているような溶融シリ
コン中にCaOおよびSiO2を主成分とするスラグを
投入する方法では、シリコン中のボロンに対するスラグ
中に取込まれるボロンの比、いわゆる分配係数が2〜3
程度である。元々ボロンを10ppm程度含有している
金属シリコンを原料とした場合に、ボロン濃度を、太陽
電池用として要求される0.3ppm程度にするために
は、シリコン量の数倍ものスラグを必要とすることにな
る。そのため、商業目的としては現実的なものではな
い。また、スラグ処理法は、シリコン中の不純物をスラ
グ中へ取込ませ、シリコンとスラグ中の不純物濃度が平
衡に達するまで数時間がかかる。そのため、スループッ
トが悪い。この処理速度が悪い原因は、一般的に、スラ
グはシリコンよりも比重が大きいため、処理槽の下部に
沈殿してしまい、溶融シリコンとの接触界面を大きくで
きない。つまり、反応面積が小さいので処理速度が遅く
なると考えられている。The methods for refining silicon by metallurgical methods include the above-mentioned ones, but none of them has been commercially established due to cost problems. Taking the removal of boron as an example, in the method of introducing the slag containing CaO and SiO 2 as the main components into the molten silicon as disclosed in Japanese Patent No. 2851257, the removal of boron into the slag with respect to the boron in the silicon is considered. The ratio of included boron, so-called distribution coefficient is 2-3
It is a degree. When metallic silicon originally containing about 10 ppm of boron is used as a raw material, slag several times as much as the amount of silicon is required to bring the boron concentration to about 0.3 ppm required for solar cells. It will be. Therefore, it is not realistic for commercial purposes. Further, in the slag treatment method, it takes several hours until impurities in silicon are taken into the slag and the concentration of impurities in the silicon and the slag reach equilibrium. Therefore, the throughput is poor. The reason for this poor processing speed is that slag generally has a larger specific gravity than silicon, so it precipitates in the lower part of the processing tank, and the contact interface with molten silicon cannot be increased. In other words, it is considered that the processing speed becomes slow because the reaction area is small.
【0008】特開2001−58811公報に開示され
ている、回転する翼車やローレンツ力を用いてシリコン
の溶湯を攪拌しつつ、水蒸気を含有させたアルゴン等の
処理ガスを吹込む方法では、装置が簡便であるため製造
コストの低減に期待が持てる。しかしながら、処理を4
0分間行なうことにより含有ボロン濃度が7ppmから
2〜5ppmに低減される程度であり、反応速度が飛躍
的に向上したものではなく、未だ商業化への見通しは立
っていない。According to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-58811, a process gas such as argon containing water vapor is blown in while stirring a molten metal of silicon by using a rotating impeller or Lorentz force. Since it is simple, it can be expected to reduce the manufacturing cost. However, processing 4
The content of boron is reduced from 7 ppm to 2 to 5 ppm by carrying out for 0 minutes, the reaction rate is not dramatically improved, and there is no prospect of commercialization.
【0009】そこで、この発明は、上述のような問題点
を解決するためになされてものであり、この発明の目的
は、シリコン等の金属中に含有する不純物元素を効率よ
くかつ安価なプロセスで除去して太陽電池用のシリコン
原料を提供することである。Therefore, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to efficiently and inexpensively process an impurity element contained in a metal such as silicon. To remove and provide a silicon raw material for solar cells.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明に従ったシリコ
ンの精製方法は、シリコンと不純物とを含む原料体と、
不純物を除去する不純物除去剤とを含む融液を準備する
工程と、融液を攪拌する工程と、攪拌されている融液
に、不純物を除去するガスを供給する工程とを備える。A method for purifying silicon according to the present invention comprises: a raw material body containing silicon and impurities;
The method includes a step of preparing a melt containing an impurity removing agent for removing impurities, a step of stirring the melt, and a step of supplying a gas for removing impurities to the stirred melt.
【0011】このような工程を備えたシリコンの精製方
法に従えば、不純物除去剤を含む融液が攪拌されるとと
もに、その攪拌中に不純物を除去するガスが融液中に供
給される。そのため、攪拌されている融液中に供給され
たガスは、せん断されて微細化し、溶融シリコンまたは
不純物除去剤中に効率よく分散する。この結果、ガス、
溶融シリコンおよび不純物除去剤のそれぞれ3相の接触
面積が増大する。したがって、不純物除去剤が効率よく
不純物を除去することができる。さらに、融液が攪拌さ
れて混合されることにより、シリコンよりも比重の大き
い不純物除去剤が、シリコン中に分散する。そのため、
溶融シリコンと処理ガスと不純物除去剤の混合状態が向
上し、それぞれの接触面積が大きくなるので、融液中の
不純物の除去を短時間で行なうことができる。したがっ
て、太陽電池用シリコン原料を効率よくかつ安価に製造
することができる。According to the method for purifying silicon having such steps, the melt containing the impurity removing agent is stirred, and a gas for removing impurities is supplied into the melt during the stirring. Therefore, the gas supplied into the agitated melt is sheared into fine particles and efficiently dispersed in the molten silicon or the impurity removing agent. This results in gas,
The contact area of each of the three phases of the molten silicon and the impurity removing agent is increased. Therefore, the impurity removing agent can efficiently remove the impurities. Further, the melt is stirred and mixed, so that the impurity removing agent having a larger specific gravity than silicon is dispersed in silicon. for that reason,
The mixed state of the molten silicon, the processing gas, and the impurity removing agent is improved, and the respective contact areas are increased, so that impurities in the melt can be removed in a short time. Therefore, the silicon raw material for solar cells can be efficiently manufactured at low cost.
【0012】また好ましくは、融液を準備する工程は、
原料体と、SiO2を主成分とするCaOとの混合物を
含む融液を準備する工程を含む。Further preferably, the step of preparing the melt comprises
It includes a step of preparing a melt containing a mixture of the raw material body and CaO containing SiO 2 as a main component.
【0013】また好ましくは、融液にガスを供給する工
程は、不活性ガス、水蒸気および一酸化炭素からなる群
より選ばれた少なくとも1種を含むガスを供給する工程
を含む。Further preferably, the step of supplying a gas to the melt includes a step of supplying a gas containing at least one selected from the group consisting of an inert gas, water vapor and carbon monoxide.
【0014】また好ましくは、不純物除去剤は不純物を
酸化して除去する。この発明に従ったシリコンの精製装
置は、容器と、シリコンと不純物とを含む原料体と、不
純物を除去する不純物除去剤とを容器内に投入する投入
手段と、原料体と不純物除去剤とを加熱して融液を形成
する加熱手段と、融液を攪拌する第1の攪拌手段と、不
純物を除去するガスを融液に供給するガス供給手段とを
備える。Further preferably, the impurity removing agent oxidizes and removes the impurities. The apparatus for purifying silicon according to the present invention comprises a container, a raw material body containing silicon and impurities, a charging means for charging an impurity removing agent for removing impurities into the container, and a raw material body and an impurity removing agent. A heating means for heating to form a melt, a first stirring means for stirring the melt, and a gas supply means for supplying a gas for removing impurities to the melt are provided.
【0015】このように構成されたシリコンの精製装置
では、加熱手段が原料体と不純物とを加熱して融液を形
成した後、この融液を第1の攪拌手段で攪拌するととも
に、その攪拌された融液に、不純物を除去するガスを供
給することができる。そのため、ガスがせん断されて溶
融シリコンまたは不純物除去剤中に効率よく分散され
る。この結果、ガス、溶融シリコンおよび不純物除去剤
のそれぞれ3相の接触面積が増大する。したがって、ス
ループットを向上させることができる。また、シリコン
よりも比重の大きい不純物除去剤が攪拌されて分散され
るため、溶融シリコンとガスと不純物除去剤との混合状
態が向上し、それぞれの接触面積が大きくなるため、融
液中の不純物の除去を短時間で行なうことができる。し
たがって、太陽電池用シリコン原料を効率よくかつ安価
に製造することができる。In the silicon refining apparatus thus constructed, the heating means heats the raw material and the impurities to form a melt, and the melt is stirred by the first stirring means, and the stirring is performed. A gas for removing impurities can be supplied to the melt thus formed. Therefore, the gas is sheared and efficiently dispersed in the molten silicon or the impurity removing agent. As a result, the contact area of each of the three phases of gas, molten silicon and impurity removing agent increases. Therefore, the throughput can be improved. In addition, since the impurity removing agent having a larger specific gravity than silicon is stirred and dispersed, the mixed state of the molten silicon, the gas and the impurity removing agent is improved, and the contact area of each is increased, so that the impurities in the melt are Can be removed in a short time. Therefore, the silicon raw material for solar cells can be efficiently manufactured at low cost.
【0016】また好ましくは、第1の攪拌手段は、回転
軸と、融液に浸されるように回転軸に取付けられて回転
軸とともに融液中で回転する羽根部材とを含む。この場
合、羽根部材が回転することにより、融液がさらに効率
的に攪拌される。Further preferably, the first stirring means includes a rotating shaft and a blade member attached to the rotating shaft so as to be immersed in the melt and rotating together with the rotating shaft in the melt. In this case, by rotating the blade member, the melt is stirred more efficiently.
【0017】また好ましくは、ガス供給手段は、羽根部
材に設けられたガス噴出口を含む。この場合、羽根部材
が融液を攪拌するとともに、その羽根部材からガスが供
給されるので、ガスが融液によってせん断されて分散す
る。その結果、さらにガスと不純物除去剤とシリコンと
の接触面積が大きくなり、効率よく不純物を除去するこ
とができる。Also preferably, the gas supply means includes a gas ejection port provided in the blade member. In this case, since the blade member agitates the melt and the gas is supplied from the blade member, the gas is sheared and dispersed by the melt. As a result, the contact area between the gas, the impurity removing agent, and silicon is further increased, and the impurities can be efficiently removed.
【0018】また好ましくはガス供給手段は、回転軸の
うち融液に浸される部分に設けられたガス噴出口を含
む。この場合、回転軸にガス噴出口を設けることで、簡
単にガス噴出口を形成することができる。Further preferably, the gas supply means includes a gas ejection port provided in a portion of the rotary shaft which is immersed in the melt. In this case, the gas ejection port can be easily formed by providing the rotation shaft with the gas ejection port.
【0019】また好ましくは、シリコンの精製装置は、
回転軸の延びる方向に回転軸を移動させる駆動手段をさ
らに備える。この場合、駆動手段が回転軸を上下方向に
駆動させることでさらに効率よく融液を攪拌することが
できる。Further preferably, the silicon refining device is
It further comprises a drive means for moving the rotating shaft in a direction in which the rotating shaft extends. In this case, the driving means drives the rotary shaft in the vertical direction, whereby the melt can be stirred more efficiently.
【0020】また好ましくは、シリコンの精製装置は、
融液に浸されて、第1の攪拌手段と相対的に異なる動作
を行なう第2の攪拌手段をさらに備える。この場合、第
1の攪拌手段と第2の攪拌手段とで融液を混合すること
により、さらに効率よく融液を攪拌することができる。Also preferably, the apparatus for purifying silicon is
It further comprises a second stirring means immersed in the melt and performing an operation relatively different from that of the first stirring means. In this case, the melt can be stirred more efficiently by mixing the melt with the first stirring means and the second stirring means.
【0021】また好ましくは、第1の攪拌手段は、融液
中のイオンにローレンツ力が作用するように融液に磁場
を印加する磁場印加手段を含む。この場合、磁場を印加
してローレンツ力で融液を攪拌することで、機械的な動
作がなく融液を回転させることができる。Further preferably, the first stirring means includes a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the melt so that the Lorentz force acts on the ions in the melt. In this case, by applying a magnetic field and stirring the melt by Lorentz force, the melt can be rotated without mechanical operation.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0023】(実施の形態1)図1は、この発明の実施
の形態1に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図2は、攪拌部材9の斜視図である。図3は、攪拌部材
13の斜視図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a silicon refining apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the stirring member 9. FIG. 3 is a perspective view of the stirring member 13.
【0024】図1を参照して、この発明の実施の形態1
に従ったシリコンの精製装置1は、容器としての坩堝7
と、坩堝7中に、シリコンと不純物とを含む原料体2
と、不純物を除去する不純物除去剤としてのスラグ剤3
とを投入する投入手段5と、原料体2とスラグ剤3とを
加熱して融液6を形成する加熱手段としての電磁誘導加
熱装置8と、融液6を攪拌する第1の攪拌手段としての
攪拌部材9と、融液6に、不純物を除去するガスを供給
するガス供給手段としてのガス噴出口33とを備える。Referring to FIG. 1, a first embodiment of the present invention
The silicon refining apparatus 1 according to the above is equipped with a crucible 7 as a container.
And a raw material body 2 containing silicon and impurities in the crucible 7.
And a slag agent 3 as an impurity removing agent for removing impurities
And charging means 5, an electromagnetic induction heating device 8 as a heating means for heating the raw material body 2 and the slag agent 3 to form the melt 6, and a first stirring means for stirring the melt 6. The stirring member 9 and the melt 6 are provided with a gas ejection port 33 as a gas supply means for supplying a gas for removing impurities.
【0025】シリコンの精製装置1は、溶解炉19を有
する。溶解炉19内に電磁誘導加熱装置8が収納されて
いる。電磁誘導加熱装置8は、耐火材15と向かい合う
ように位置決めされている。耐火材15は保護坩堝14
を覆う。保護坩堝14内に坩堝7が収納されている。坩
堝7内には融液6が入れられている。融液6は、溶融シ
リコンと不純物とにより構成される原料体2と、不純物
除去剤としてのスラグ剤3とを含む。また、融液6中に
はガス4が分散している。The silicon refining apparatus 1 has a melting furnace 19. The electromagnetic induction heating device 8 is housed in the melting furnace 19. The electromagnetic induction heating device 8 is positioned so as to face the refractory material 15. Refractory material 15 is a protective crucible 14
Cover. The crucible 7 is housed in the protective crucible 14. The melt 6 is put in the crucible 7. The melt 6 includes a raw material body 2 composed of molten silicon and impurities, and a slag agent 3 as an impurity removing agent. Further, the gas 4 is dispersed in the melt 6.
【0026】融液6内に浸されるように第2の攪拌手段
としての攪拌部材13が設けられている。また、攪拌部
材13と同軸上に位置するように第1の攪拌手段として
の攪拌部材9が設けられている。攪拌部材9内にはガス
通路11が設けられ、ガス通路11はガス噴出口33に
まで繋がっている。攪拌部材9は駆動手段12に接続さ
れており、駆動手段12が攪拌部材9を上下方向に移動
させる。坩堝7内のガスはガス排出口18から矢印17
で示す方向に排出される。A stirring member 13 as a second stirring means is provided so as to be immersed in the melt 6. Further, a stirring member 9 as a first stirring means is provided so as to be coaxial with the stirring member 13. A gas passage 11 is provided in the stirring member 9, and the gas passage 11 is connected to the gas ejection port 33. The stirring member 9 is connected to the driving means 12, and the driving means 12 moves the stirring member 9 in the vertical direction. The gas in the crucible 7 is drawn from the gas outlet 18 to the arrow 17
It is discharged in the direction indicated by.
【0027】原料体2として、工業的に広く利用されて
いる純度98%程度の金属シリコンを用いる。その他、
一方向凝固で精製した後のやや高純度なシリコン原料、
脱リン(P)後のシリコン材料、高純度と低純度のシリ
コンを混合したシリコン材料なども用いることができ
る。As the raw material body 2, metallic silicon having a purity of about 98% which is widely used industrially is used. Other,
A slightly high-purity silicon raw material after purified by directional solidification,
A silicon material after dephosphorization (P), a silicon material obtained by mixing high-purity and low-purity silicon, or the like can also be used.
【0028】スラグ剤3としては、珪酸カルシウム(C
aSiO3)を用いる。この珪酸カルシウムは、原料と
なるシリコンとともに坩堝7を加熱することにより溶融
状態となる。珪酸カルシウムに代表されるスラグ(溶融
酸化物)が原料体2中のボロンを吸収することは、たと
えば特許第2851257号公報に開示されている。珪
酸カルシウムの融点は1544℃であり、シリコンの融
点1414℃よりも高い。特に重要な物性値として、珪
酸カルシウムの比重は2.5〜2.6程度であり、シリ
コンの比重2.3〜2.4より大きい。さらに、溶融し
た珪酸カルシウムの粘度は1Pa・s程度であり、溶融
シリコンの粘度0.001Pa・sより圧倒的に高い。
比重と粘度関係から、溶融シリコンと溶融した珪酸カル
シウムとを十分に混合することが困難であることがわか
る。融液6は、原料体2と、SiO2を主成分とし、S
iO2とCaOとの混合物であるスラグ剤3とを含む。As the slag agent 3, calcium silicate (C
aSiO 3 ) is used. This calcium silicate is brought into a molten state by heating the crucible 7 together with silicon as a raw material. The fact that slag (molten oxide) represented by calcium silicate absorbs boron in the raw material body 2 is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2851257. The melting point of calcium silicate is 1544 ° C, which is higher than the melting point of silicon, 1414 ° C. As a particularly important physical property value, the specific gravity of calcium silicate is about 2.5 to 2.6, which is larger than the specific gravity of silicon of 2.3 to 2.4. Furthermore, the viscosity of molten calcium silicate is about 1 Pa · s, which is overwhelmingly higher than the viscosity of molten silicon of 0.001 Pa · s.
From the relationship between the specific gravity and the viscosity, it is understood that it is difficult to sufficiently mix molten silicon and molten calcium silicate. The melt 6 contains the raw material body 2 and SiO 2 as main components, and contains S
The slag agent 3 is a mixture of iO 2 and CaO.
【0029】なお、本発明の効果が発現するところは、
珪酸カルシウムに限定されるものではないことは言うま
でもない。たとえば、融点や粘度を調整するなど種々の
目的を達成するため、酸化ケイ素(SiO2)と酸化カ
ルシウム(CaO)との比率を変更してもよい。また、
酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(M
gO)、酸化バリウム(BaO)、フッ化カルシウム
(CaF2)など、公知の添加剤を適宜添加してもよ
い。なお、珪酸カルシウム(CaSiO3)の成分の比
率は、CaO:SiO2=50:50(融点1544
℃)であるので、より酸化剤として機能を高めるには、
SiO2の成分比率が高い方が望ましい。しかし、Ca
O:SiO2の2成分系の相図からは、CaO:SiO2
=35:65(融点1436℃)よりもSiO2の比率
を高めると、融点が急激に高くなる。具体的にCaO:
SiO2=25:75(質量比)とすると、融点は17
00℃となる。そのため、溶融スラグとならない。固体
状態では濡れ性が悪いので、溶融シリコンとの接触面積
が小さくなってしまうので好ましくない。融点を下げる
ために、上述のように、たとえば酸化アルミニウム(A
l2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化バリウム
(BaO)、フッ化カルシウム(CaF2)、酸化リチ
ウム(Li2O)などを添加してもよい。Where the effects of the present invention are expressed,
It goes without saying that it is not limited to calcium silicate. For example, the ratio of silicon oxide (SiO 2 ) and calcium oxide (CaO) may be changed to achieve various purposes such as adjusting the melting point and the viscosity. Also,
Aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (M
Known additives such as gO), barium oxide (BaO), and calcium fluoride (CaF 2 ) may be appropriately added. The ratio of the components of calcium silicate (CaSiO 3 ) is CaO: SiO 2 = 50: 50 (melting point 1544).
℃), so to enhance the function as an oxidant,
It is desirable that the proportion of SiO 2 is high. However, Ca
From the phase diagram of the binary system of O: SiO 2 , CaO: SiO 2
= 35: 65 (melting point 1436 ° C.), if the ratio of SiO 2 is increased, the melting point rises sharply. Specifically CaO:
If SiO 2 = 25: 75 (mass ratio), the melting point is 17
It becomes 00 ° C. Therefore, it does not become molten slag. Since the wettability is poor in the solid state, the contact area with the molten silicon becomes small, which is not preferable. In order to lower the melting point, for example, aluminum oxide (A
1 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), barium oxide (BaO), calcium fluoride (CaF 2 ), lithium oxide (Li 2 O) and the like may be added.
【0030】また、スラグ剤を構成する珪酸カルシウム
のうち、酸化ケイ素(SiO2)がホウ素を除去する。
具体的には、酸化ケイ素(SiO2)が分解して、その
酸素と溶融シリコン中のボロンが反応してB2O3(液
体)を形成する。さらに、溶融シリコンに吹込まれる水
蒸気により以下の式のようにHBO2(気体)を形成し
て溶融シリコンから不純物が除去されると考えられる。Of the calcium silicate constituting the slag agent, silicon oxide (SiO 2 ) removes boron.
Specifically, silicon oxide (SiO 2 ) is decomposed and the oxygen reacts with boron in the molten silicon to form B 2 O 3 (liquid). Further, it is considered that HBO 2 (gas) is formed by the water vapor blown into the molten silicon and the impurities are removed from the molten silicon by the following formula.
【0031】B2O3(液体)+H2O(気体)→HBO2
(気体)
この式により、スラグ剤中の不純物濃度は高まらない。
精製処理が進むと、溶融シリコン中のボロンを酸化させ
る能力を失う。B 2 O 3 (liquid) + H 2 O (gas) → HBO 2
(Gas) According to this formula, the concentration of impurities in the slag agent does not increase.
As the refining process proceeds, the ability to oxidize boron in molten silicon is lost.
【0032】なお、スラグ剤として酸化ケイ素(SiO
2)と酸化カルシウム(CaO)の混合物である珪酸カ
ルシウムを用いるのは、酸化剤であるSiO2の融点を
下げるためである。本発明では、ボロンを酸化させるた
めの酸化剤として機能しているSiO2を溶融シリコン
に溶融状態として添加させる。このとき、SiO2の単
体では融点が1713℃と高いため粘性も高くなる。C
aOと組合せることで、融点が下がり粘度も下がる。そ
のため、溶融シリコン中で攪拌しやすくなる。また、上
述の添加剤を添加することで、融点や粘度を下げること
ができる。Silicon oxide (SiO 2) is used as a slag agent.
2 ) and calcium oxide (CaO), which is a mixture of calcium silicate, is used to lower the melting point of SiO 2 which is an oxidant. In the present invention, SiO 2 functioning as an oxidizing agent for oxidizing boron is added to molten silicon in a molten state. At this time, since the melting point of the simple substance of SiO 2 is as high as 1713 ° C., the viscosity also becomes high. C
By combining with aO, the melting point is lowered and the viscosity is lowered. Therefore, it becomes easy to stir in the molten silicon. Further, the melting point and the viscosity can be lowered by adding the above-mentioned additives.
【0033】なお、融液中に供給するガスとして水蒸気
ガス(H2O)以外のものを用いることができる。ボロ
ンを酸化させるガスとして、水蒸気ガスの他に、一酸化
炭素ガス(CO)などの酸素系ガスでもボロンを酸化で
きる。また、塩酸(HCl)などのハロゲン系ガスであ
ってもよい。これらがボロンを酸化した結果、BO、B
O3またはB2O3などのさまざまなボロンの酸化物が形
成される。As the gas supplied into the melt, a gas other than steam gas (H 2 O) can be used. As a gas for oxidizing boron, in addition to steam gas, an oxygen-based gas such as carbon monoxide gas (CO) can be used to oxidize boron. Alternatively, a halogen-based gas such as hydrochloric acid (HCl) may be used. As a result of these oxidizing boron, BO, B
Various boron oxides such as O 3 or B 2 O 3 are formed.
【0034】窒化反応を行なうためには、窒素ガス、ア
ンモニアガスなどを供給してもよい。この場合、BNな
どの窒化物が形成される。To carry out the nitriding reaction, nitrogen gas, ammonia gas or the like may be supplied. In this case, a nitride such as BN is formed.
【0035】図2を参照して、攪拌部材9は、一方向に
延びる回転軸31と、回転軸31の内部に設けられたガ
ス通路11と、回転軸31の端部に取付けられた羽根部
材32とを有する。羽根部材32の端部にはガス噴出口
33が設けられている。ガス噴出口33の各々は、ガス
通路11と接続されており、ガス通路11から供給され
たガスはガス噴出口33から放出される。Referring to FIG. 2, the stirring member 9 includes a rotating shaft 31 extending in one direction, a gas passage 11 provided inside the rotating shaft 31, and a blade member attached to an end portion of the rotating shaft 31. 32 and. A gas ejection port 33 is provided at the end of the blade member 32. Each of the gas ejection ports 33 is connected to the gas passage 11, and the gas supplied from the gas passage 11 is discharged from the gas ejection port 33.
【0036】図3を参照して、攪拌部材13は、貫通孔
42を有する回転軸41と、回転軸41に取付けられた
連結部材43と、連結部材43に取付けられ、回転軸4
1と同じ方向に延びる脚部44とを有する。Referring to FIG. 3, the stirring member 13 includes a rotating shaft 41 having a through hole 42, a connecting member 43 attached to the rotating shaft 41, and a rotating shaft 4 attached to the connecting member 43.
1 and a leg portion 44 extending in the same direction.
【0037】図1の溶解炉19の壁はステンレス製であ
り、溶解炉19内には、原料シリコンおよび珪酸カルシ
ウムを挿入する黒鉛製の坩堝7および電磁誘導加熱装置
8が設置されている。なお、この実施の形態では、電磁
誘導加熱装置8を用いているが、抵抗加熱装置を用いて
もよい。The wall of the melting furnace 19 in FIG. 1 is made of stainless steel, and in the melting furnace 19, a graphite crucible 7 into which raw material silicon and calcium silicate are inserted and an electromagnetic induction heating device 8 are installed. Although the electromagnetic induction heating device 8 is used in this embodiment, a resistance heating device may be used.
【0038】原料体2中の不純物を除去するための処理
ガス(ガス)を融液6中に導入するために、ガス通路1
1を備えた気体吹込管としての回転軸31と、回転軸3
1の下部に設けられたガス噴出口33を溶解炉19の内
部に設置する。回転軸31の上部には、融液6を攪拌
し、気泡を微細化して均一に分散させるため、駆動手段
12が取付けられている。回転軸31およびガス噴出口
33を回転可能としている。また、融液6中に溶融スラ
グを分散させるための邪魔板としての第2の攪拌手段
(攪拌部材)13を融液6中で回転させるために、支持
軸13aの上部に、回転軸31の駆動手段12と別に駆
動手段(図示せず)が設けられている。このようにし
て、回転軸31と支持軸13aをそれぞれ独立に回転可
能としている。In order to introduce a processing gas (gas) for removing impurities in the raw material body 2 into the melt 6, the gas passage 1
1, a rotary shaft 31 as a gas blowing pipe, and a rotary shaft 3
The gas ejection port 33 provided in the lower part of 1 is installed inside the melting furnace 19. A driving means 12 is attached to the upper part of the rotary shaft 31 in order to stir the melt 6 to make the bubbles fine and uniformly disperse them. The rotating shaft 31 and the gas ejection port 33 are rotatable. Further, in order to rotate the second stirring means (stirring member) 13 as a baffle plate for dispersing the molten slag in the melt 6, the rotating shaft 31 of the rotating shaft 31 is provided above the support shaft 13a in order to rotate the second stirring means 13 in the melt 6. Driving means (not shown) is provided separately from the driving means 12. In this way, the rotary shaft 31 and the support shaft 13a can be independently rotated.
【0039】なお、この実施の形態では、回転軸31に
設けられた羽根部材32により融液6を攪拌している
が、融液6を攪拌する方法としては、上下方向・左右方
向または周回方向などの任意の方向に羽根部材32を移
動させて融液6を攪拌させる棒状あるいは板状の攪拌治
具を別途用いてもよい。また、坩堝7を回転させて融液
6を回転させてもよい。In this embodiment, the melt 6 is stirred by the blade member 32 provided on the rotary shaft 31, but the method of stirring the melt 6 may be vertical / horizontal direction or circular direction. Alternatively, a rod-shaped or plate-shaped stirring jig for moving the blade member 32 in any direction such as to stir the melt 6 may be used separately. Further, the melt 6 may be rotated by rotating the crucible 7.
【0040】回転軸31が溶解炉19の壁を貫通する部
分には、溶解炉19内部の密閉性を確保するとともに、
回転軸31を回転可能とするための、シール機構16が
設けられている。回転軸31の上端には、処理時には羽
根部材32を坩堝7の融液6に浸漬させ、処理前後に
は、羽根部材32を融液6から引上げるための昇降機構
としての駆動手段12が設置されている。At the portion where the rotary shaft 31 penetrates the wall of the melting furnace 19, the hermeticity inside the melting furnace 19 is ensured, and
A seal mechanism 16 is provided for allowing the rotary shaft 31 to rotate. At the upper end of the rotary shaft 31, a blade member 32 is immersed in the melt 6 of the crucible 7 during processing, and before and after the processing, a driving means 12 as an elevating mechanism for pulling up the blade member 32 from the melt 6 is installed. Has been done.
【0041】溶解炉19の内部をアルゴンなどの不活性
ガス雰囲気として、電磁誘導加熱装置8による坩堝7を
加熱する。坩堝7からの電熱により原料シリコンおよび
珪酸カルシウムの温度が上昇し、ついには溶融する。こ
のようにして形成された融液6を所定の処理温度に保持
する。この段階では、溶融シリコンと溶融珪酸カルシウ
ムは互いに分離している。この際、前処理のボロン含有
量測定試料として、溶融シリコンを数グラム採取してお
く。The melting furnace 19 is filled with an inert gas atmosphere such as argon, and the crucible 7 is heated by the electromagnetic induction heating device 8. The temperature of the raw material silicon and calcium silicate rises due to electric heat from the crucible 7, and finally melts. The melt 6 thus formed is maintained at a predetermined processing temperature. At this stage, the molten silicon and molten calcium silicate are separated from each other. At this time, several grams of molten silicon is sampled as a sample for measuring the boron content in the pretreatment.
【0042】ガス通路11を通じて処理ガスをガス噴出
口33から噴出させて、駆動手段12により回転軸31
を下降させ、羽根部材32を融液6に浸漬させる。この
際、処理ガスの導入圧力は大気圧よりも大きく、たとえ
ば0.15MPa〜0.3MPa程度とすることで、溶
融した珪酸カルシウムなどの粘度が高い物質が混合した
融液中でも安定して処理ガスの噴出を継続できる。溶融
シリコンに溶解しているボロンを酸化して除去するため
に、アルゴンと水蒸気の混合ガスをガス4として融液6
中に導入した。ガス4中の水蒸気の量は、加湿器を用い
て、ガス4の露点が20〜90℃となるようにした。こ
れは、キャリアガスのアルゴンに対して、体積比でおよ
そ7〜20%の水蒸気ガスが含まれていることを意味す
る。このガス4中に水素ガスを適宜添加してもよい。な
お、処理用のガス4は水蒸気含有ガスに限定されること
はない。不純物を除去するための反応の種類により適宜
ガスは選択される。たとえば、酸化反応であれば一酸化
炭素ガス(CO)などの酸素系ガス、塩酸(HCl)な
どのハロゲン系ガスであってもよい。また、窒化反応で
あれば、窒素ガス、アンモニアガス(NH3)を供給し
てもよい。The processing gas is jetted from the gas jet port 33 through the gas passage 11, and the drive means 12 drives the rotary shaft 31.
And the blade member 32 is dipped in the melt 6. At this time, the introduction pressure of the processing gas is higher than the atmospheric pressure, and for example, is set to about 0.15 MPa to 0.3 MPa, so that the processing gas can be stably treated even in a melt mixed with a substance having a high viscosity such as molten calcium silicate. Can continue to squirt. In order to oxidize and remove boron dissolved in molten silicon, a mixed gas of argon and water vapor is used as gas 4 and melt 6
Introduced in. The amount of water vapor in the gas 4 was adjusted so that the dew point of the gas 4 was 20 to 90 ° C. by using a humidifier. This means that about 7 to 20% by volume of water vapor gas is contained with respect to the carrier gas of argon. Hydrogen gas may be appropriately added to the gas 4. The processing gas 4 is not limited to the steam-containing gas. The gas is appropriately selected depending on the type of reaction for removing impurities. For example, if it is an oxidation reaction, an oxygen-based gas such as carbon monoxide gas (CO) or a halogen-based gas such as hydrochloric acid (HCl) may be used. If it is a nitriding reaction, nitrogen gas or ammonia gas (NH 3 ) may be supplied.
【0043】融液6の下方へ羽根部材32を下降させた
後、駆動手段12により羽根部材32を回転させる。ガ
ス噴出口33より噴出されたガス4が回転する羽根部材
32によりせん断されて微細化し、同様に、羽根部材3
2によってせん断された溶融シリコンやスラグ剤3中に
効率よくガス4が分散される。この効果により、ガス4
と融液6との接触面積が増大することで、珪酸カルシウ
ム等の媒体を添加しない場合にボロンの除去速度が増大
することが特開2001−58811公報に開示されて
いる。しかしながら、本発明者は珪酸カルシウムを添加
することにより、ボロンの処理速度が著しく増大するこ
とを発見し、本発明を創出するに至った。その原理は明
らかではないが、次のように考えられる。回転軸31お
よび羽根部材32を回転させることで、珪酸カルシウム
のような粘度の高い物質であっても、せん断応力によっ
て微細に分散されることが可能となる。これと、処理ガ
スの気泡の微細化および均一分散化と相まって、処理ガ
ス、溶融珪酸カルシウム、溶融シリコンの3相が非常に
効率よく混合されることとなり、各相間の接触面積が著
しく増大する。そのような状態となると、通常から知ら
れている溶融シリコン中のボロンと処理ガスの水蒸気と
の酸化反応および溶融シリコン中のボロンと溶融珪酸カ
ルシウム中の酸素イオンとの酸化反応により形成したボ
ロン酸化物が溶融珪酸カルシウム中に速やかに取込まれ
る。しかしながら、溶融珪酸カルシウム中に取込まれる
ボロンは、同じ重量の溶融シリコンに含まれるボロンの
2倍程度の重量で飽和に達する。ボロン除去反応はある
時間で停止してしまうはずである。ところが、本発明の
方法によりボロン除去反応は時間の経過とともに進行し
たので、溶融珪酸カルシウム中のボロンが離脱する反応
が並行して存在するものと考えられる。これは、溶融珪
酸カルシウム中のボロンが処理ガス中の水蒸気と反応す
ることにより、たとえばB2O3またはBHO2といった
ボロン含有ガスとして溶融珪酸カルシウムからガス4中
へまたは融液6へ放出されたものと考えられる。After lowering the blade member 32 below the melt 6, the blade member 32 is rotated by the driving means 12. The gas 4 ejected from the gas ejection port 33 is sheared by the rotating blade member 32 to be finely divided, and similarly, the blade member 3
The gas 4 is efficiently dispersed in the molten silicon and the slag agent 3 sheared by 2. This effect causes gas 4
JP 2001-58811 A discloses that the removal rate of boron increases when a medium such as calcium silicate is not added by increasing the contact area between the melt 6 and the melt 6. However, the present inventor discovered that the addition rate of calcium silicate markedly increased the processing rate of boron, and thus created the present invention. The principle is not clear, but it is considered as follows. By rotating the rotary shaft 31 and the blade member 32, even a substance having a high viscosity such as calcium silicate can be finely dispersed by shear stress. This, combined with the miniaturization and uniform dispersion of the bubbles of the processing gas, causes the three phases of the processing gas, the molten calcium silicate, and the molten silicon to be mixed very efficiently, and the contact area between the respective phases is significantly increased. In such a state, the boron oxidation formed by the conventionally known oxidation reaction between boron in molten silicon and steam of the processing gas and the oxidation reaction between boron in molten silicon and oxygen ions in molten calcium silicate. The matter is quickly incorporated into the molten calcium silicate. However, the boron incorporated in the molten calcium silicate reaches saturation at about twice the weight of boron contained in the same weight of molten silicon. The boron removal reaction should stop at some point. However, according to the method of the present invention, the boron removal reaction proceeded with the passage of time, so it is considered that there is a reaction in which the boron in the molten calcium silicate is released. This is because the boron in the molten calcium silicate reacts with the water vapor in the process gas and is released from the molten calcium silicate into the gas 4 or into the melt 6 as a boron-containing gas such as B 2 O 3 or BHO 2 . It is considered to be a thing.
【0044】このように、溶融スラグが存在する中での
反応を高めるためには、攪拌による反応面積の増大が重
要である。Thus, in order to enhance the reaction in the presence of molten slag, it is important to increase the reaction area by stirring.
【0045】所定の時間処理を行なった後、融液6表面
から十分上方に羽根部材32が位置するまで昇降機構に
より回転軸31を上昇させる。融液6を数分間静置さ
せ、溶融シリコンと溶融珪酸カルシウムを十分に分離さ
せた後、溶融シリコンを数グラム程度採取して処理後の
ボロン含有量を測定試料とする。ボロン含有量の測定
は、公知のICP発行分析表を用いて行なう。After the treatment for a predetermined time, the rotating shaft 31 is raised by the elevating mechanism until the blade member 32 is located sufficiently above the surface of the melt 6. The melt 6 is allowed to stand for several minutes to sufficiently separate the molten silicon and the molten calcium silicate, and then several grams of the molten silicon is sampled to measure the boron content after the treatment as a measurement sample. The boron content is measured using a known ICP issuance analysis table.
【0046】図1〜図3で示す装置を使用した実施例に
ついて以下に説明する。シリコン原料として、精製効果
を明瞭に示すため、ボロン濃度が7ppmで残部がシリ
コンの原料体2と、スラグ剤3としての珪酸カルシウム
とを含む混合体を準備した。シリコンと珪酸カルシウム
の質量比Si:CaSiO3が19:1となるようにし
た。この混合体1kgを坩堝7へ投入手段5を用いて投
入した。溶解炉19内部を大気圧のアルゴンガス雰囲気
とした。電磁誘導加熱装置8により坩堝7を加熱するこ
とで原料シリコンおよび珪酸カルシウムを溶融して、温
度1550℃で保持した。溶融した珪酸カルシウムは溶
融シリコンに比べて比重が重いので、坩堝7の底部に沈
殿していた。ガス噴出口33が溶融珪酸カルシウムと溶
融シリコンとの界面付近に達するまで駆動手段12によ
り攪拌部材9を下降させた。同時に、邪魔板としての第
2の攪拌手段(攪拌部材)13を坩堝7の底部近傍にま
で下降させた。アルゴンガスに対して水蒸気の含有量が
体積比でおよそ3%となるように配合したガス4を、ガ
ス噴出口33から流速1リットル/分で噴出しつつ、駆
動手段12により攪拌部材9を600rpmで回転させ
た。支持軸13aを攪拌部材9とは逆方向に200rp
mで回転させ、1時間の処理を行なった。処理後のボロ
ンの含有量を測定したところ、処理後のボロンの濃度は
0.2ppmであった。An embodiment using the apparatus shown in FIGS. 1 to 3 will be described below. As a silicon raw material, in order to clearly show the purification effect, a mixture containing a raw material body 2 having a boron concentration of 7 ppm and the remainder being silicon and calcium silicate as a slag agent 3 was prepared. The mass ratio Si: CaSiO 3 of silicon and calcium silicate was set to 19: 1. 1 kg of this mixture was charged into the crucible 7 using the charging means 5. The inside of the melting furnace 19 was set to an atmospheric pressure argon gas atmosphere. The raw material silicon and calcium silicate were melted by heating the crucible 7 with the electromagnetic induction heating device 8 and kept at a temperature of 1550 ° C. Since the molten calcium silicate has a higher specific gravity than the molten silicon, it was deposited on the bottom of the crucible 7. The stirring member 9 was moved down by the drive means 12 until the gas ejection port 33 reached near the interface between the molten calcium silicate and the molten silicon. At the same time, the second stirring means (stirring member) 13 as a baffle plate was moved down to near the bottom of the crucible 7. The stirring means 9 was driven by the driving means 12 to drive the stirring member 9 at 600 rpm while jetting the gas 4 mixed so that the content of water vapor was about 3% by volume with respect to the argon gas at a flow rate of 1 liter / minute from the gas jet port 33. I rotated it. The support shaft 13a is moved in the opposite direction to the stirring member 9 by 200 rp.
It was rotated at m and treated for 1 hour. When the boron content after the treatment was measured, the boron concentration after the treatment was 0.2 ppm.
【0047】(実施の形態2)図4は、この発明の実施
の形態2に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図5は、図4中のV−V線に沿った断面図である。図4
および図5を参照して、この発明の実施の形態2に従っ
たシリコンの精製装置1では、邪魔板としての第2の攪
拌手段(攪拌部材)13が回転しない点で、実施の形態
1に示したシリコンの精製装置1と異なる。邪魔板とし
ての攪拌部材13は固定されているが、攪拌部材9が駆
動されるため、攪拌部材13は、実施の形態1と同様
に、融液6に浸されて、第1の攪拌手段としての攪拌部
材9と相対的に異なる動作を行なう。(Second Embodiment) FIG. 4 is a sectional view of a silicon refining apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV in FIG. Figure 4
Referring to FIG. 5 and FIG. 5, in the silicon refining device 1 according to the second embodiment of the present invention, the second stirring means (stirring member) 13 as the baffle plate does not rotate. Different from the silicon refining apparatus 1 shown. Although the stirring member 13 as the baffle plate is fixed, the stirring member 9 is driven, so that the stirring member 13 is immersed in the melt 6 as in the first embodiment, and serves as the first stirring means. The operation is relatively different from that of the stirring member 9.
【0048】実施の形態1と同様に、ボロンの濃度7p
pmに調整した原料シリコンと珪酸カルシウムとを重量
比19:1で混合して混合体を構成した。処理ガスとし
てのガスをガス噴出口33から流速3リットル/分で噴
出させつつ、駆動手段12により攪拌部材9を600r
pmで回転させた。攪拌部材13は処理前に攪拌部材9
と同時に融液6中に含浸させた。本実施の形態では、攪
拌部材13は、処理中固定した。このようにして、1時
間の処理を行なった後、処理後のボロンの含有量を測定
したところ、0.4ppmであった。As in the first embodiment, the boron concentration is 7p.
Raw material silicon adjusted to pm and calcium silicate were mixed at a weight ratio of 19: 1 to form a mixture. While the gas as the processing gas is ejected from the gas ejection port 33 at a flow rate of 3 liters / minute, the stirring means 9 is driven to 600 r by the driving means 12.
It was rotated at pm. The stirring member 13 is the stirring member 9 before processing.
At the same time, the melt 6 was impregnated. In the present embodiment, the stirring member 13 was fixed during the process. After the treatment for 1 hour, the boron content after the treatment was measured and found to be 0.4 ppm.
【0049】(実施の形態3)図6は、この発明の実施
の形態3に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図6を参照して、この発明の実施の形態3に従ったシリ
コンの精製装置1では、攪拌部材9には4枚の羽根部材
32が設けられている。羽根部材32は板状である。ガ
ス噴出口33が攪拌部材9の下端に設けられている。ま
た、この実施の形態では、邪魔板としての第2の攪拌手
段を設けていない。その他、上述の実施の形態1と同様
である。(Third Embodiment) FIG. 6 is a sectional view of a silicon refining apparatus according to a third embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 6, in a silicon refining device 1 according to a third embodiment of the present invention, stirring member 9 is provided with four blade members 32. The blade member 32 has a plate shape. The gas ejection port 33 is provided at the lower end of the stirring member 9. In addition, in this embodiment, the second stirring means as a baffle plate is not provided. Others are the same as those in the first embodiment described above.
【0050】ボロン濃度が7ppmであり、残部がシリ
コンである原料体2と、珪酸カルシウムを質量比9:1
で混合して混合体を構成した。ガス4をガス噴出口33
から流速3リットル/分で噴出しつつ、駆動手段12に
より攪拌部材9を600rpmで回転させた。この実施
の形態では、溶融シリコンがガス噴出口33に巻付くよ
うに渦巻状となった。このようにして1時間の処理を行
なった後、処理後のボロン含有量を測定したところ、
1.1ppmであった。The raw material body 2 having a boron concentration of 7 ppm and the balance being silicon and calcium silicate in a mass ratio of 9: 1.
To form a mixture. Gas 4 with gas outlet 33
From the above, the stirring member 9 was rotated at 600 rpm by the driving means 12 while jetting at a flow rate of 3 l / min. In this embodiment, the molten silicon has a spiral shape so as to wind around the gas ejection port 33. After the treatment for 1 hour in this manner, the boron content after the treatment was measured.
It was 1.1 ppm.
【0051】図7は、図6で示す攪拌部材の別の例を示
す斜視図である。羽根部材32は、図7で示すように斜
めに取付けられてもよい。FIG. 7 is a perspective view showing another example of the stirring member shown in FIG. The blade member 32 may be obliquely attached as shown in FIG. 7.
【0052】(実施の形態4)図8は、この発明の実施
の形態4に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図8を参照して、この発明の実施の形態4に従ったシリ
コンの精製装置1は、磁場印加手段としてのコイル61
を有する。コイル61の外側に加熱手段としての電磁誘
導加熱装置62が設けられている。第1の攪拌手段とし
てのコイル61は、融液6中のイオンにローレンツ力が
作用するように融液6に磁場を印加する。これにより、
融液6が攪拌される。シリコンの精製装置1は、複数本
の気体吹込管10を有する。(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a sectional view of a silicon refining apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 8, a silicon refining device 1 according to a fourth embodiment of the present invention includes a coil 61 as a magnetic field applying means.
Have. An electromagnetic induction heating device 62 as a heating means is provided outside the coil 61. The coil 61 as the first stirring means applies a magnetic field to the melt 6 so that the Lorentz force acts on the ions in the melt 6. This allows
The melt 6 is agitated. The silicon refining apparatus 1 has a plurality of gas blowing pipes 10.
【0053】このように構成された、この発明の実施の
形態4に従ったシリコンの精製装置では、上述の実施の
形態1から3と同様の効果がある。The silicon refining apparatus according to the fourth embodiment of the present invention thus constructed has the same effects as those of the first to third embodiments.
【0054】(比較例1)珪酸カルシウムを入れない以
外は、実施の形態1と同様の条件でシリコンの精製を行
なった。1時間の処理を行なった後、処理後のボロンの
含有量を測定したところ、2.4ppmであった。Comparative Example 1 Silicon was refined under the same conditions as in Embodiment 1 except that calcium silicate was not added. After the treatment for 1 hour, the boron content after the treatment was measured and found to be 2.4 ppm.
【0055】(比較例2)図9で示すように、第2の攪
拌手段を使用せず、また、気体吹込管10を回転させな
い以外は実施例1と同様としてシリコンの精製を行なっ
た。1時間の処理を行なった後、処理後のボロンの含有
量を測定したところ、2.1ppmであった。Comparative Example 2 As shown in FIG. 9, silicon was refined in the same manner as in Example 1 except that the second stirring means was not used and the gas blowing pipe 10 was not rotated. After the treatment for 1 hour, the boron content after the treatment was measured and found to be 2.1 ppm.
【0056】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
【0057】[0057]
【発明の効果】本発明に従った方法によれば、特許第2
851257号公報に開示されているような従来の技術
と比較して非常に少ない量のスラグを添加することで溶
融シリコンからボロンを除去する能力が飛躍的に向上す
る。なお、本発明が適用されるところは、この実施の形
態に限定されるものではなく、たとえば、珪酸カルシウ
ムの添加量、処理ガス流量量、気体吹込管および邪魔板
の回転数等は処理を行なう原料シリコンの量、あるいは
坩堝の形状等により適切な状態となるよう適宜選択され
るべきである。According to the method according to the present invention, the second patent
The ability to remove boron from molten silicon is dramatically improved by adding a very small amount of slag as compared to the conventional technique disclosed in Japanese Patent No. 851257. The place to which the present invention is applied is not limited to this embodiment. For example, the amount of calcium silicate added, the flow rate of the processing gas, the number of revolutions of the gas injection pipe and the baffle plate, etc. are processed. It should be appropriately selected depending on the amount of raw material silicon or the shape of the crucible.
【図1】 この発明の実施の形態1に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a silicon refining device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 攪拌部材9の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a stirring member 9.
【図3】 攪拌部材13の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a stirring member 13.
【図4】 この発明の実施の形態2に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a silicon refining device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】 図4中のV−V線に沿った断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG.
【図6】 この発明の実施の形態3に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a silicon refining device according to a third embodiment of the present invention.
【図7】 図6で示す攪拌部材の別の例を示す斜視図で
ある。FIG. 7 is a perspective view showing another example of the stirring member shown in FIG.
【図8】 この発明の実施の形態4に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a silicon refining device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図9】 比較例2に従ったシリコンの精製装置の断面
図である。9 is a cross-sectional view of a silicon refining apparatus according to Comparative Example 2. FIG.
1 シリコンの精製装置、2 シリコン、3 スラグ
剤、4 融液、5 投入手段、7 坩堝、9 攪拌部
材、11 ガス通路、13 攪拌部材、31 回転軸、
32 羽根部材、33 ガス噴出口。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon refining apparatus, 2 Silicon, 3 slag agent, 4 melts, 5 charging means, 7 crucibles, 9 stirring members, 11 gas passages, 13 stirring members, 31 rotating shafts,
32 blade members, 33 gas ejection port.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 尚志 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 4G072 AA01 GG01 GG03 GG04 GG05 HH01 MM08 UU02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Naoshi Hayakawa 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside the company F-term (reference) 4G072 AA01 GG01 GG03 GG04 GG05 HH01 MM08 UU02
Claims (11)
記不純物を除去する不純物除去剤とを含む融液を準備す
る工程と、 前記融液を攪拌する工程と、 攪拌されている前記融液に、前記不純物を除去するガス
を供給する工程とを備えた、シリコンの精製方法。1. A step of preparing a melt containing a raw material body containing silicon and impurities, and an impurity removing agent for removing the impurities, a step of stirring the melt, and the melt being stirred. And a step of supplying a gas for removing the impurities.
と、SiO2を主成分とするCaOとの混合物を含む融
液を準備する工程を含む、請求項1に記載のシリコンの
精製方法。2. The purification of silicon according to claim 1, wherein the step of preparing the melt includes the step of preparing a melt containing a mixture of the raw material body and CaO containing SiO 2 as a main component. Method.
不活性ガス、水蒸気および一酸化炭素からなる群より選
ばれた少なくとも1種を含むガスを供給する工程を含
む、請求項1または2に記載のシリコンの精製方法。3. The step of supplying the gas to the melt comprises:
The method for purifying silicon according to claim 1 or 2, comprising a step of supplying a gas containing at least one selected from the group consisting of an inert gas, water vapor and carbon monoxide.
て除去する、請求項1から3のいずれか1項に記載のシ
リコンの精製方法。4. The method for purifying silicon according to claim 1, wherein the impurity removing agent oxidizes and removes the impurities.
記不純物を除去する不純物除去剤とを投入する投入手段
と、 前記原料体と前記不純物除去剤とを加熱して融液を形成
する加熱手段と、 前記融液を攪拌する第1の攪拌手段と、 前記不純物を除去するガスを前記融液に供給するガス供
給手段とを備えた、シリコンの精製装置。5. A container, a charging means for charging a raw material body containing silicon and impurities, and an impurity removing agent for removing the impurities into the container, and heating the raw material body and the impurity removing agent. A device for purifying silicon, comprising: a heating unit that forms a melt by heating; a first stirring unit that stirs the melt; and a gas supply unit that supplies a gas that removes the impurities to the melt.
融液に浸されるように前記回転軸に取付けられて前記回
転軸とともに前記融液中で回転する羽根部材とを含む、
請求項5に記載のシリコンの精製装置。6. The first stirring means includes a rotating shaft, and a blade member attached to the rotating shaft so as to be immersed in the melt and rotating together with the rotating shaft in the melt.
The apparatus for purifying silicon according to claim 5.
けられたガス噴出口を含む、請求項6に記載のシリコン
の精製装置。7. The apparatus for purifying silicon according to claim 6, wherein the gas supply unit includes a gas ejection port provided in the blade member.
前記融液に浸される部分に設けられたガス噴出口を含
む、請求項6に記載のシリコンの精製装置。8. The apparatus for purifying silicon according to claim 6, wherein the gas supply unit includes a gas ejection port provided in a portion of the rotary shaft that is immersed in the melt.
移動させる駆動手段をさらに備えた、請求項5から7の
いずれか1項に記載のシリコンの精製装置。9. The silicon purifying apparatus according to claim 5, further comprising a driving unit that moves the rotating shaft in a direction in which the rotating shaft extends.
手段と相対的に異なる動作を行なう第2の攪拌手段をさ
らに備えた、請求項5から9のいずれか1項に記載のシ
リコンの精製装置。10. The second stirring means according to claim 5, further comprising a second stirring means that is immersed in the melt and performs a different operation relative to the first stirring means. Silicon refining equipment.
イオンにローレンツ力が作用するように前記融液に磁場
を印加する磁場印加手段を含む、請求項5に記載のシリ
コンの精製装置。11. The silicon purifying method according to claim 5, wherein the first stirring means includes magnetic field applying means for applying a magnetic field to the melt so that Lorentz force acts on ions in the melt. apparatus.
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|---|---|---|---|
| JP2002043448A JP2003238138A (en) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | Silicon purification method and silicon purification apparatus |
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|---|---|
| JP2003238138A true JP2003238138A (en) | 2003-08-27 |
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| JP2002043448A Withdrawn JP2003238138A (en) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | Silicon purification method and silicon purification apparatus |
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| JP (1) | JP2003238138A (en) |
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